et al., Minero, 128 (3): 715-736 ISSN: 0366-0176 DOI: … · 2017-10-03 · Avda. Copayapu 485,...

Llorente Isidro, M., et al., 2017. Geología para el estudio de microzonación sísmica en Santiago de los Caballeros, República Dominicana. Boletín Geológico yMinero, 128 (3): 715-736ISSN: 0366-0176DOI: 10.21701/bolgeomin.128.3.010

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Geología para el estudio de microzonación sísmica enSantiago de los Caballeros, República DominicanaM. Llorente Isidro(1), M. Belvaux(3), E. Bernardez(2), D. Bertil(3), J. A. Fernández Merodo(1), L. Laín Huerta(1),

E. Lopera Caballero(1), S. Muñoz Tapia(4) y A. Roullé(3)

(1) Instituto Geológico y Minero de España, C/ Ríos Rosas 23; 28003 Madrid, Españ[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]

(2) Departamento de Geología, Universidad de Atacama. Avda. Copayapu 485, Copiapó, Atacama, [email protected]

(3) Bureau de Recherches Géologiques et Minières; 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - [email protected]; [email protected]; [email protected]

(4) Servicio Geológico Nacional. Av. Winston Churchill No. 75, Santo Domingo, República [email protected]

RESUMEN

Tras el terremoto de Haití de 2010 dio comienzo una iniciativa para tratar de entender mejor los efectos de losterremotos en la República Dominicana, en particular en la ciudad de Santiago de los Caballeros, segundamás importante del país. Santiago ha sufrido varios terremotos devastadores, en 1562 la ciudad fue recons-truida en un nuevo sitio al sur de la falla responsable. El daño debido a un terremoto ocurre asociado a unconjunto de factores, entre ellos, la aceleración del suelo, que por lo general se señala como el principal ocomo la clave para explicar la mayor parte de los efectos. La aceleración del suelo varía dependiendo princi-palmente de la distancia al epicentro, de las propiedades del suelo y de la topografía. En cuanto a la distan-cia, es de esperar menor aceleración conforme aumenta la distancia al epicentro. De otra parte, suelos condiferentes características dan lugar a diferentes respuestas. Los efectos de la topografía aún no se compren-den bien. El efecto de la atenuación de la distancia en un radio de unos pocos kilómetros suele ser muchomenos relevante que el efecto de la variación en las propiedades de los suelos. Este artículo recoge los resul-tados obtenidos de los estudios de peligro sísmico y microzonificación sísmica en la ciudad de Santiago delos Caballeros: i) cuantificación del peligro sísmico regional debido a la falla septentrional; ii) un nuevo mapageológico y iii) la cartografía de zonas de respuesta sísmica homogénea y susceptibilidad a la licuefacción.

Palabras clave: efectos de sitio, geotecnia, licuefacción, peligro sísmico, sismos.

Geology applied to the study of seismic microzoningof Santiago de los Caballeros, Dominican Republic

ABSTRACT

After the Haiti quake of 2010 an initiative started to better understand shaking effects in the DominicanRepublic after natural earthquakes, in particular in the city of Santiago de los Caballeros, the second city inthe country as far as inhabitants and economic wealth are concerned. Santiago has suffered several devas-tating earthquakes; in 1562 the city was rebuilt on a new site (the current location) further south from theresponsible fault. It is well known that damage caused by an earthquake occurs associated to a number offactors, ground acceleration is one of them and is usually considered as the key to explain most of the dam-age. Ground acceleration varies from one point to another depending mainly on: distance to the source of therupture, soil properties and topography. Regarding the distance, the further from the source the less acceler-ation is expected due to distance attenuation. On the other hand, different soil properties and differenttopographies will produce different responses to the propagating wave. Within the range of a few kilometres,the effect of distance attenuation might be far less relevant than the effect of the varying properties of soils.This paper gathers together results obtained from the seismic hazard and microzonation studies developedin the city of Santiago: i) quantification of regional seismic hazard dominated by the Septentrional fault, ii) anew geological mapping of superficial formations, and iii) mapping of zones of homogeneous seismicresponse and liquefaction susceptibility.

ARTICULO 10_ART. El material tipo de la 28/09/17 08:13 Página 715

Introducción

La isla de La Española, compartida por la RepúblicaDominicana y Haití, está ubicada en la zona del límiteconvergente de la placa caribeña con la norteameri-cana y presenta una importante actividad tectónica(Figura 1). Fruto de dicha actividad fue el terremotode Haití del 12 de enero de 2010, que ocasionó ungran desastre del que el país aún no ha logrado recu-perarse. Como consecuencia de este evento, se movi-lizó ampliamente la opinión pública y en la RepúblicaDominicana, en 2010, se tomó la decisión de realizarun estudio de microzonificación sísmica de la ciudadde Santiago de Los Caballeros. Se escogió la ciudadde Santiago de los Caballeros por ser la segunda másimportante del país después de Santo Domingo, lacapital, en términos económicos y de población, yestar situada en una zona de fallas activas denomina-da “Zona de Falla Septentrional” (Figura 1). En elpasado, la ciudad se ha visto afectada por seísmos

muy significativos, desde el más antiguo conocido en1562 hasta el más reciente en Puerto Plata en 2003.Los estudios de microzonificación sísmica persiguenla caracterización de una región en relación con larespuesta al efecto sísmico por parte de los materia-les geológicos en superficie. Fundamentalmente setrata de identificar áreas de similar amplificación oatenuación sísmica, como principal exponente de lapeligrosidad sísmica y herramienta imprescindiblepara una adecuada gestión del riesgo sísmico a esca-la local. Este estudio se realizó en el marco de los pro-yectos de cartografía geotemática desarrollados enlos programas SYSMIN I y SYSMIN II, financiados porel Fondo Europeo de Desarrollo con la OficinaNacional para los Fondos Europeos (ONFED) comoautoridad contratante, con la Supervisión de laDirección General de Minería, la Coordinación porparte de una Unidad Técnica de Gestión (UTG), y conlos socios IGME, BRGM e INYPSA.

El estudio del peligro sísmico se puede abordar

Keywords: seismic hazard, earthquakes, geotecnics, site effects, liquefaction.

ABRIDGED ENGLISH VERSION

Hispaniola Island is located between the Caribbean and the North American tectonic plates where seismicactivity can be very intense as demonstrated by the devastating quake of 2010 in Haiti. In order to highlightsensitive sectors where considering seismic risk must be given priority, it was decided to carry out a micro-zonation study in Santiago de los Caballeros, the second city in the Dominican Republic and particularlyexposed because of its close location to a set of major active faults known as the Septentrional Fault Zone(SFZ). This study was funded by ONFED, supervised by the Dirección General de Mineria, coordinated by atechnical unit, and executed by the IGME-BRGM-INYPSA consortium.

The oblique ~20 mm/yr convergence between the two plates (DeMets et al., 2000) is partitioned betweensubduction zones of the northern and south-eastern coasts of Hispaniola and strike-slip faults that transectthe northern and southern portions of the island. The SFZ in the north of the island with ESE-WNW direction,accommodates part of this relative displacement (about 8 ± 5 mm/yr, Manaker et al., 2008), that can thereforegenerate significant seismic hazard in the Santiago region. In order to provide a homogeneous seismicity cat-alogue, nearly 2,400 seismic events including historical ones have been collected within 200 km radius areacovering the Santiago region. Magnitudes range from 3.5 to 8.1. This seismicity catalogue along with activefault database was used to establish a seismotectonic zonation in 13 seismic sources (Bertil et al., 2010). Aprobabilistic seismic hazard assessment was then carried out, estimating a peak ground acceleration (PGA)range for a 475 return period (10% exceedance in 50 years) from 35%g to 41%g in Santiago de los Caballeros.The regional seismic hazard is clearly dominated by the Septentrional fault.

However, it is well known that the local geological conditions may change the response of a site to seis-mic excitation. Therefore, a geological campaign was carried out to better understand the soil characteristicsin Santiago de los Caballeros, by means of a geotechnical study, outcrop observations and geophysical meas-ures. In general terms, the superficial formations are mainly clay. Provided with such information, the city wasdivided into 7 units having similar geotechnical and geological properties and therefore similar seismiceffects could be foreseen. 1D numerical modelling of the representative soil columns provided five site-spe-cific response spectra. However, the results were not interpretable in two zones among the 7 units due to thecomplex geological and geometrical setting (strong lateral variations in velocities in contradiction with the 1Dhypothesis; succession of lithological formations without strong impedance contrast).

Following the site effects study, a qualitative analysis of the soil properties provided three susceptibilityclasses for mapping soil liquefaction susceptibility.

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desde diferentes perspectivas. Por un lado, el peligrosísmico regional persigue la caracterización de unaregión en términos de zonas sismo-tectónicas simila-res; es decir, que existan agrupaciones de observa-ciones sísmicas que se puedan asociar a procesostectónicos similares, en un mismo régimen de esfuer-zos en una misma zona de estructuras geológicas afi-nes. Con ello, se puede evaluar la probabilidad deocurrencia de terremotos que compartan su génesis ysu asociación a las estructuras geológicas y al estadotensional del territorio, y por tanto, se puede conocerla relación entre la magnitud, la posición y la proba-bilidad de ocurrencia de distintos eventos teóricos, osu transformación a aceleraciones pico del suelo siéste fuera rocoso y homogéneo. Esa transformaciónconforma el mapa de peligrosidad sísmico regional yrefleja la atenuación de la aceleración del suelo por elefecto de la distancia. El uso de este tipo de cartogra-fías suele estar restringido a normativas de caráctergeneral, como son las normas de construcción sismo-resistentes.

Otra forma de abordar la peligrosidad sísmica esevaluar la respuesta del suelo considerando las con-diciones locales o de sitio (lo que se conoce como laevaluación del peligro sísmico local), y que vienendeterminadas por la composición de los materialesgeológicos, su estructura y agrupación, su estado deconsolidación, geometría, etc. Aún otra forma deabordar el peligro sísmico consiste en zonificar elterritorio desde el punto de vista de otros fenómenosque serían desencadenados por un terremoto, comopor ejemplo, movimientos del terreno, agrietamien-tos o licuefacciones, entre otros.

En este estudio, se realizó una zonificación sísmicaregional, que sirvió para alimentar el modelo deamplificación sísmica por efecto de sitio, se hizo unamicrozonación sísmica que consiste en cartografiarlas zonas de respuesta sísmica homogéneas y, final-mente, debido a la naturaleza de los materiales geo-lógicos, se evaluó su probabilidad relativa a manifes-tar procesos de licuefacción.

Contexto geodinámico

Para comprender bien el contexto geodinámico impe-rante, es importante entender las relaciones entre lasplacas de Cocos, Nazca, Sudamérica y, sobre todo,Norteamericana con Caribeña, entre cuyo límite seencuentra la Isla de La Española. La convergencia delas placas caribeña y norteamericana es oblicua deunos 20 mm/año (DeMets et al., 2000), con un contex-to general transpresivo, habiendo zonas de subduc-ción al norte y sur de la isla, mientras que en su inte-

rior predominan los desgarres transpresivos (Mann etal., 1984; Dolan et al., 1998; Manaker et al., 2008). En laactualidad dos de las zonas de falla transpresiva tie-nen una importante actividad tectónica, la Falla deEnriquillo que ha causado el reciente terremoto deHaití (12/01/2010) y la Zona de Falla Septentrional,cuya traza superficial pasa a escasos kilómetros de laciudad de Santiago de los Caballeros.

El límite entre las placas Caribeña yNorteamericana en la región de La Española es unazona de deformación compleja (Mann et al., 1984). Enparticular, pasa de un régimen de desgarre senestrode dirección N75ºE al Oeste (fallas de Islas Cisne,Oriental y Enriquillo-Plantain Garden), a una estructu-ra transpresiva de dirección N95ºE hacia el Este (sub-ducción de Muertos y de Puerto Rico, Figura 1). Estazona de transición está dividida entre las zonas desubducción de las costas norte y sudeste de LaEspañola y las fallas direcciónales que atraviesan lasporciones norte y sur de la isla. Como consecuencia,el desplazamiento relativo de placas es acomodadoen estructuras tectónicas de diferente naturaleza:fallas direcciónales senestrales de La Española haciael oeste (zonas de falla de Islas Cisne, Oriente,Enriquillo-Plantain Garden y Septentrional); y la zonade subducción de La Española hacia el este (fosasMuertos y Puerto-Rico).

La Zona de Falla Septentrional (ZFS, Figura 1),recorre la parte norte de la isla con una dirección ESE-ONO. El movimiento de la falla es transpresionalsenestro con un desplazamiento de unos 8 ±5mm/año de acuerdo con Manaker et al. (2008), resal-tando la incertidumbre en la cuantificación del des-plazamiento. El desplazamiento es coherente, alsumarlo con los 7 mm/año propuesto para la deEnriquillo, con el valor global de 20 mm/año determi-nado para la placa caribeña por De Mets et al. (2000).

Las dos regiones o dominios tectonoestratigráfi-cos separados por la falla tienen caracteres muy dis-tintos. Al Norte, la cordillera septentrional, con impor-tantes relieves, presenta una estructura geológicacompleja, con materiales de edades muy variables,desde Cretácico Inferior a Plioceno, frecuentementeafectados por fuertes buzamientos, y con una tectóni-ca transpresiva, con fallas que delimitan bloques confuertes desplazamientos. Al Sur, el Valle del Cibao,por el contrario, se caracteriza por un relieve muysuave, prácticamente plano y una estratigrafía y tec-tónica mucho más sencillas, con relleno exclusiva-mente neógeno, que presenta buzamientos muybajos y tectónica frágil, con desplazamientos muchomenos importantes que los de la CordilleraSeptentrional.


Contexto sísmico

Sismicidad histórica e instrumental

La actividad tectónica ligada a la zona de FallaSeptentrional en las proximidades de la ciudad deSantiago ha dado lugar a importantes terremotos enépoca prehistórica e histórica, recogidos en los catá-logos MIDAS y NOAA. Estudios neotectónicos reali-zados mediante zanjas en la parte central de la fallapor Prentice et al. (1993) y Mann et al. (1998) indicanque la última ruptura importante tuvo lugar haceunos 800 años y desde entonces se han acumuladounos 5 m de deformación, siendo muy elevada la pro-babilidad de un gran seísmo. Una parte de la energíaacumulada, probablemente muy pequeña, se liberóen terremotos históricos, entre otros el que dio lugara la destrucción total de la antigua ciudad de Santiagode los Caballeros el 2 de diciembre de 1562. Por aquelentonces la ciudad se encontraba emplazada al nortede su posición actual en la zona de Jacagua, directa-mente sobre la Zona de Falla Septentrional y tras ladestrucción fue trasladada a su posición actual, en elmismo lugar en que Cristóbal Colón había fundadouna fortaleza en 1495. Aun así la ciudad sufrió otrasdestrucciones por terremotos en 1776 y 1783. En el

año 1842 tuvo lugar el terremoto de mayor intensidadasociado a la Zona de Falla Septentrional. Con unaintensidad de VIII-IX provocó nuevamente la destruc-ción de Santiago y otras ciudades de la isla, ademásde un maremoto que ocasionó la inundación deMontecristi y Manzanillo (Kelleher, 1973; Dolan, 1998).Otro terremoto, con epicentro también en la Zona deFalla Septentrional, al norte de Navarrete, provocó ladestrucción de gran parte de la ciudad en 1897(Prentice et al., 1993).

Para este estudio se ha compilado un catálogo sís-mico unificado (Bertil et al., 2010, Figura 2) basado endistintos catálogos (MIDAS, ISC, NEIC/USGS, NOAA,Engdahl y Villaseñor (2002)). Este catálogo sísmicointegra tanto la sismicidad histórica como la instru-mental, abarcando en total el periodo entre el año1564 y el año 2010, para una ventana entre los 75º ylos 68ºO de longitud y los 17º y los 21ºN de latitud, loque incluye la totalidad de la isla de La Española. Elcatálogo contiene cerca de 2.400 eventos sísmicos,de los cuales casi 700 están asociados a una magni-tud Mw convertida. La magnitud mínima del catálogoes 3,5 y la magnitud máxima es 8,1. Muchos datoshistóricos en este catálogo no presentan estimacio-nes de magnitud, siendo principalmente réplicas delos mayores eventos.


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Figura 1. Localización de los principales accidentes tectónicos y mecanismos focales para algunos de los principales terremotos históri-cos. FNDE: Frente Norte de Deformación de la Española; ZFE: Zona de Falla de Enriquillo; ZFS: Zona de Falla Septentrional; PR: PuertoRico. Modificado de Ali et al. (2008).Figure 1. Main tectonic features and focal mechanisms for some of the most important historical earthquakes. FNDE: north front of theDeformation of La Española. ZFE: Enriquillo Fault Zone; ZFS: Septentrional Fault Zone; PR: Puerto Rico. Modified from Ali et al. (2008).



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Fuentes sismogénicas

En una región tectónica activa como la isla de LaEspañola, todas las observaciones se utilizaron paradescribir las fuentes sismogénicas y delimitar unida-des o zonas sismotectónicas. Para la identificación delas fuentes sismogénicas potenciales, se tuvieron encuenta los siguientes aspectos:

- Contexto geodinámico general.- Situación geográfica- Sismicidad asociada (histórica e instrumental)- Grado de actividad tectónica, tipo de deforma-

ción y tasa de movimiento- Geología y geometría de la zona y del plano de

falla.Las estructuras tectónicas que acomodan parte del

desplazamiento relativo de las placas Caribeña-Norteamericana en la zona central de La Española einmediaciones y que pueden generar un peligro sís-mico significativo son:

- Zona de falla Enriquillo (o zona de falla Enriquillo-Plantain Garden);

- Zona de falla Septentrional;- Fosa de los Muertos;- El sistema de fallas Norte-Española, es decir, la

extensión occidental de la fosa de Puerto Rico al nortede La Española;

- En el seno de la isla de La Española, una zona detransición entre diferentes regímenes incluyendo laCordillera Central.

Cada una de estas zonas de fallas activas ha sidoresponsable de grandes seísmos que han destruido

varias poblaciones, entre las que se encuentra la ciu-dad de Santiago de Los Caballeros en diciembre de1562. Las intensidades de los terremotos o de susréplicas están en al rango de VII a IX y mayor(Kelleher et al., 1973; Dolan y Wald, 1998).

La zona de falla Enriquillo es una estructura E-Oque atraviesa la parte sur de la isla de La Española(Mann et al., 1995). Esta zona acomoda desplaza-mientos siniestros paralelos al límite de placas, y pre-senta un plano de falla subvertical. Si bien la sismici-dad instrumental ha sido relativamente baja (odesconocida por falta de una red sismológica), pre-viamente a la secuencia de sismos de 2010. Del catá-logo se pueden asociar a esta estructura entre cinco yseis sismos importantes (I0 de VIII o mayor).

La zona de falla Septentrional es una estructura dedirección E-O a ESE-ONO que atraviesa el norte de LaEspañola, paralela al límite de placas. En el sectorcorrespondiente a la República Dominicana, la zonade falla Septentrional se prolonga, más o menos seg-mentada, desde Montecristi hasta el sur de la penín-sula de Samaná formando el límite estructural entrela Cordillera Septentrional y el valle del Cibao. La sis-micidad instrumental es baja a lo largo de la parteoccidental de la zona de falla y más pronunciada a lolargo de la parte oriental. Se han identificado almenos tres eventos de I0>VIII.

Para este trabajo la traza de la falla Septentrionalha sido cartografiada a partir del modelo de Mann etal. (2002), los datos SRTM30_PLUS topográficos ybatimétricos (Becker y Sandwell, 2006) y las imáge-nes satélite LANDSAT. Se han identificado dos ramifi-

Figura 2. Epicentros de los sismos recolectados para el periodo 1564-2010 (basado en el catálogo unificado de Bertil et al., 2010).Figure 2. Epicentres from earthquakes collected from 1564 to 2010 (based on unified seismic catalogue from Bertil et al., 2010).


caciones que se conectan al norte de la RepúblicaDominicana: la rama este (parte oriental de la zona defalla Septentrional) tiene una longitud de 820 ± 80 kmy la rama occidental (parte occidental de la zona defalla Septentrional) tiene una longitud cartográfica de395 ± 40 km. Utilizando las relaciones de Wells yCoppersmith (1994), la zona de falla alcanza una mag-nitud máxima en torno a 8,3 ± 0,3 y 7,9 ± 0,3 Mw paralos segmentos oriental y occidental de la falla. Frankelet al. (2010) asumen una longitud menor para estossegmentos y utilizan una magnitud máxima de 7,8Mw para ambos segmentos.

La fosa de Muertos está orientada aproximada-mente E-O, entre el estrecho Anegada al este y lacuenca de San Pedro al oeste (sur de La Española). Lafosa acomoda fundamentalmente el acortamientoentre la placa Caribeña y el microbloque Española-Puerto Rico. La sismicidad instrumental asociada aesta estructura es moderada, y es difícil precisar lageometría. Sin embargo, es posible que esta zonagenerase un gran terremoto en 1751 (M 8 estimada) yprodujese un tsunami (McCann, 2006). Se eligió elevento de M8 de 1751 como el terremoto potencialmáximo en esta zona.

La zona intraplaca de transición de la cordilleraviene marcada por la falla inversa de Matheux Neibaincluida en el trabajo de Frankel (2010). Es una de lasfallas inversas que yacen bajo las montañas en Haití(Mann et al., 1995). Se incluye en la zona de transición“intraplaca” de la región de la Cordillera donde sugeometría no se conoce bien (Maneker et al., 2008).La sismicidad registrada es difusa y superficial, y sibien parece que en 1911 se produjo un seísmo deMw=7, el tiempo de recurrencia para grandes terre-motos en esta zona es más largo que en las fallasEnriquillo o Septentrional.

El sistema zona de falla Norte Española-subduc-ción Puerto Rico señala el límite entre los microblo-ques (Gonave y La Española-Puerto Rico) y la placaNorteamericana. Se extiende desde la zona marina alnoreste de La Española, donde conecta con la zona desubducción de Puerto Rico, a las costas sureste deCuba donde es difícil de trazarla. Dentro del patrónactual de esfuerzos, la falla Norte Española acomodauna parte significativa de la convergencia entre LaEspañola y la placa Norteamericana mientras que lacomponente lateral se acomoda en su mayoría por lazona de falla Septentrional. Aunque la intensa sismi-cidad instrumental en la zona de falla Norte Españolapuede ser atribuida principalmente al sector orientalde la estructura, esta actividad sísmica parece decre-cer fuertemente hacia el oeste, si bien, la ausencia deuna red sísmica en Haití no permite corroborarlo.

La región de estudio incluye también algunas uni-

dades sismotectónicas poco activas y asociadas auna sismicidad moderada.

Zonación sismotectónica

Finalmente, en esta región tectónicamente complejade límite de placas, se ha construido un modelo de 13fuentes sismotectónicas (Bertil et al., 2010; Figura 3 yTabla 1). Se han definido dos tipos de zonaciones: laprimera distingue las zonas sismogénicas superficia-les. En la segunda, la geometría de fuentes sísmicastiene en cuenta las variaciones de profundidad aso-ciadas a la subducción al Norte de la isla y en la zonade Los Muertos.

En este modelo, las fallas de Enriquillo ySeptentrional se han tenido en cuenta individualmen-te en la zonación, ya que para estas fallas superficia-les principales a las que se asocian seísmos históricosimportantes, se dispone de datos de tasa de despla-zamiento, las cuales permiten calcular los parámetrosde actividad sísmica según la metodología descritapor Anderson y Luco (1983). Esta metodología aplicauna zona de margen en el entorno de las fallas prin-cipales, donde se presupone la existencia de fallasanexas más pequeñas, en las cuales pueden generar-se seísmos de magnitud baja a moderada.

Las otras fallas activas intraplacas superficiales deLa Española son menos conocidas y se engloban enamplias zonas sísmicas poligonales, donde la sismici-dad observada es más difusa y ahí los parámetros deactividad sísmica se calculan a partir de catálogos desismicidad por aproximaciones estadísticas del tipoWeichert (1980).

La Tabla 1 resume las magnitudes máximas segúncada zona sísmica (13 zonas cuyos números se refle-jan en la Figura 3). La tercera y cuarta columnas indi-can las magnitudes máximas observadas a partir delcatálogo de sismicidad y las magnitudes introducidasen el cálculo de amenaza probabilística.

El peligro sísmico probabilístico

Evaluar el peligro sísmico desde una perspectiva pro-babilística consiste en calcular la tasa anual de exce-dencia de una intensidad (o aceleración) en un lugarconcreto. En la aproximación desarrollada por Cornell(1968), la actividad sísmica se supone aleatoria en eltiempo y en el espacio, y homogénea dentro de cadazona sismogénica. Este cálculo se ha realizado con elprograma Crisis v. 2003. En cuanto a las relaciones deatenuación, y debido a la ausencia de una relaciónespecífica, se utilizaron las mismas relaciones que


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fueron utilizadas por Frankel et al. (2010), quienesevaluaron la amenaza sísmica de Haití tras el sismodel 12 de enero de 2010. Para ello utilizaron un juegode 6 relaciones de atenuación: 3 para las fallas corti-cales y 3 para la subducción. También fijaron una pon-deración asociada a cada una de ellas para la consi-deración de los errores epistémicos ligados a estaselección de relaciones:

Para las fallas y las zonas fuentes de terremotossuperficiales. Estas relaciones son:

- Boore & Atkinson (2008); peso 1/3.- Campbell & Bozorgnia (2008), peso 1/3.- Chiou & Youngs (2008), peso 1/3.

Para los contactos en interfase de las zonas desubducción:

- Zhao et al. (2006), peso 1/2.- Youngs et al. (1997), peso 1/4.- Atkinson & Boore (2003), peso 1/4.El cálculo de la amenaza se efectúa en una cuadrí-

cula de 35 puntos en la ciudad de Santiago cubriendouna superficie de 112 km2. El periodo de retorno es de475 años (10% de probabilidad en 50 años). El resul-tado se puede observar en el mapa de aceleraciónpico del suelo (PGA) de la Figura 4, donde se apreciaque el peligro sísmico aumenta progresivamente delSO al NE de la ciudad (mínimo 0,33g, máximo 0,44g).

Tabla 1. Unidades o zonas sismotectónicas y sismogénicas. Table 1. Sismotectonic and sismogenic units or zones.

Figura 3. Modelo de zonación en 13 fuentes sísmicas; zonación en superficie a la izquierda, zonación en profundidad a la derecha. La sis-micidad recopilada (Figura 2) está representada en función de la profundidad. Los mecanismos focales se toman del catálogo HarvardCMT: 1976-2010 (http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html). Figure 3. Zonation model in 13 seismic sources; surface zonation on the left, depth zonation on the right. The collected seismicity (Fig. 2)is plotted as function of depth. Focal mechanisms are taken from Harvard CMT catalog: 1976-2010(http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html).

N. NombreMw máxima observada(año correspondiente)

Mw máxima e incertidumbre

1 Subducción Norte interfase Oeste 6,6 (1962) 8,0 ± 0,22 Subducción Norte interfase Este 8,1 (1946) 8,3 ± 0,33 Lámina Subductiva Norte 7,0 (1946) 7,5 ± 0,54 Cabalgamiento de Muertos 8,0 (1751) 8,2 ± 0,255 Background Septentrional 5,56 Background Enriquillo 5,57 Transición Cordillera 7,0 (1911) 7,5 ± 0,28 Intraplaca Este Española 5,5 (1989) 7,0 ± 0,59 Background Sur Haití Muertos 5,8 (1939) 6,05 ± 0,2510 Prisma de acreción Norte 6,4 (2003) 6,65 ± 0,2511 Convexidad externa 4,9 (1987-2003) 6,0 ± 0,512 Zona de falla Septentrional 8,0 (1842) 8,15 ± 0,1513 Zona de falla Enriquillo 7,5 (1751-1770) 7,8 ± 0,3


El gradiente es perpendicular a la dirección de la fallaSeptentrional, mostrando así la fuerte influencia deesta fuente sísmica sobre el peligro sísmico. Por esemotivo se han seleccionado dos puntos de referencia,para representar el espectro de amenaza uniforme enlos sectores de peligro más y menos elevados de laciudad, uno al SO de la ciudad y otro en el NE, quecorresponden a valores de PGA de 0,35g y 0,42g, res-pectivamente.

Geología y geotécnia del área de estudio

Para poder realizar un estudio de microzonificaciónsísmica es necesario contar con una adecuada infor-mación de la geología de la zona, lo que incluye lacaracterización de unidades geológicas, formacionessuperficiales y unidades lito-geotécnicas, así como surelación con las unidades circundantes. El marco deestudio es un rectángulo de unos 133 km2 (Figura 5),

que en su mayor parte corresponde a áreas urbanasy una pequeña parte a terrenos de cultivo en terrazasfluviales. Los afloramientos en este perímetro sonmuy escasos, por lo que la cartografía geológica dedetalle (escala 1/10.000) se realizó basándose enobservaciones de obras y zanjas de carácter tempo-ral, en la campaña de sondeos realizada, y en otrosdocumentos recopilados (Figura 5 a Figura 9).

La cartografía geológica y lito-geotécnica muestra,a grandes rasgos, tres grandes grupos (Figura 6): losmateriales pertenecientes a la CordilleraSeptentrional; los neógenos del Valle del Cibao y loscuaternarios recientes.

Cordillera Septentrional

En el área de estudio, tan sólo aparece en una peque-ña superficie (de unos 0,3 km2) de la esquina NE, per-teneciendo todo ello al miembro La Pocilguita de la


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Figura 4. Espectros de peligro sísmico, puntos de cálculo y mapa de isolineas de aceleración pico del suelo (PGA, de 330 a 430 cm/s2 SO-NE con equidistancia 10 cm/s2) de la ciudad de Santiago de los Caballeros para T 475 años. Los espectros son representados para las ace-leraciones medias y los percentiles 15% y 85%. La línea roja indica el trazado de la ZFS.Figure 4. Uniform hazard spectra, calculation sites and peak ground acceleration (PGA) isolines (from 330 to 430 SW-NE at 10 cm/s2 equi-distant) for Santiago de los Caballeros with T475 years. Spectra are represented for the mean PGA and the percentiles 15% and 85%. Thered line indicates the ZFS segment trace.



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Unidad de Altamira - La Toca. Está constituida princi-palmente por lutitas calcáreas (entre un 50 y 80% deltotal de la unidad) de color gris-marrón a beige, degrano medio a fino, y con cemento calcáreo, con gra-dación positiva y estructuras tractivas típicamenteturbidíticas. Según Urien (2010), la edad de estosmateriales es Mioceno y su potencia total se calculaen unos 300 m.

Neógeno y cuaternario marino del Valle del Cibao

La mayor parte de la zona de estudio corresponde alos materiales neógenos y cuaternarios marinos delValle del Cibao. La Cuenca del Cibao configura, deforma conjunta con la Cordillera Septentrional, unagran estructura sinclinal cuyo eje transcurre aproxi-madamente paralelo a la propia cuenca (Mann et al.,1991). La potencia estimada de la serie sedimentariaes de 5.000 a 6.000 m, y está integrada por lasFormaciones Bulla, Cercado, Gurabo y Mao (Miocenoinferior-Pleistoceno), de las cuales tan sólo afloran enla zona de estudio las formaciones Gurabo y Mao.

Formación Gurabo

La formación Gurabo está constituida por lutitas máso menos carbonatadas a las que Saunders et al.(1986) atribuyen una potencia de 425 m. Hacia techose interdigitan con las calizas de la Formación MaoAdentro, no representadas en el área de este estudio.La base de la Formación Gurabo se ha datado en elMioceno superior, mientras que su techo se ha situa-do en el Piacenciense (Bernárdez, 2004). Dentro delos trabajos desarrollados en el proyecto SYSMIN, laFormación Gurabo se describe como una serie homo-génea de margas azuladas que intercalan, en su partesuperior, niveles de arenas y debris flows conglome-ráticos seguidos de niveles de génesis similar, confragmentos de corales y otros bioclastos. LaFormación Gurabo muestra una secuencia de profun-dización hacia techo, que se inicia en un sistema para-arrecifal y finaliza en un medio de plataforma silici-clástica externa, por debajo de las Calizas de MaoAdentro (McNeill et al., 2008). La representación car-tográfica de la Formación Gurabo ocupa aproximada-mente un cuarto de la superficie de la hoja, situándo-se fundamentalmente en su tercio occidental. Losafloramientos ocupan generalmente depresiones: lasriberas del Río Yaque en la zona urbana y periurbanade Santiago, así como los cortes antrópicos de carre-teras, ofrecen las mejores secciones. En la zona deestudio se observaron lutitas variablemente calcáre-

as, con alternancias de argilitas y limolitas, por logeneral en capas decimétricas. En superficie los aflo-ramientos presentan colores grisáceos claros, que sehacen amarillentos en las zonas más alteradas, dondesuelen presentar venas irregulares de yesos fibrososcon potencias generalmente de unos pocos milíme-tros, raramente llegando al centímetro. En profundi-dad los colores son más oscuros, con tonalidadesverdosas, llegándose en el caso de las argilitas máspuras a colores casi negros. Estas coloraciones oscu-ras se deben a la presencia de abundante materiaorgánica, en ambiente reductor, a la que suele acom-pañar pequeñas cantidades de pirita en forma demicrocristales dispersos. La alteración de la pirita enpresencia del cemento carbonatado da lugar en losafloramientos alterados a la presencia de venas deyeso fibroso, que pueden ser tanto paralelas comosubperpendiculares a la estratificación. La macrofau-na es generalmente escasa, con predominio de gas-terópodos y bivalvos, que suelen presentarse frag-mentados por aplastamiento. De acuerdo con Urien(2010) la potencia de la formación puede alcanzar los200 metros en el marco de la Hoja de Santiago de LosCaballeros. El contacto con la Formación Cercadosubyacente, no visible en el área estudiada, es unadiscordancia angular según Urien (2010). A techo, laFormación Gurabo, está en contacto con laFormación Mao (Piacenciense y Gelasiense), laUnidad de Licey al Medio (Pleistoceno postGelasiense) y otros materiales cuaternarios. El con-tacto con la Formación Mao es una marcada disconti-nuidad.

Formación Mao

La base de la Formación Mao se había situado en elZancliense a partir de las dataciones efectuadas en laparte alta de la Formación Gurabo (Saunders et al.,1986). Posteriormente, Bernárdez (2004) identifica ycartografía uno de los afloramientos de edadPiacenciense, atribuido previamente a la FormaciónMao, como perteneciente a la Formación Gurabo. Eltecho corresponde siempre a la discordancia basal delos materiales cuaternarios. Se le concede una poten-cia mínima de 350-600 m y máxima de 3600 m. En elárea cartografiada las potencias son mucho menores,y no parece superar en mucho la centena de metros.En general, se puede asignar, con reservas, a su partemás alta, una edad pleistocena Gelasiense, con posi-bilidad de alcanzar el Pleistoceno Calabriense. LaFormación Mao está compuesta por un conjunto defacies muy heterogéneas que reflejan un amplio aba-nico de medios sedimentarios. Erikson et al. (1998)


describen la base de la Formación Mao como un con-tacto neto y erosivo, desarrollado sobre las margas ylimos de la Formación Gurabo, que se encuentra tapi-zado por conglomerados y arenas de talud. Por otrolado, los trabajos realizados dentro del proyectoSYSMIN han demostrado que el límite entre ambasformaciones es complejo y de naturaleza muy varia-ble según la zona de la cuenca considerada. LaFormación Mao está constituida fundamentalmentepor un conjunto siliciclástico heterogéneo, en que laslitologías predominantes son areniscas, conglomera-dos y limolitas con algunas intercalaciones de arcillasy de limos calcáreos. Los limos suelen tener una par-ticipación arenosa importante y en ocasiones presen-tan fauna marina y costera, siendo más general lapresencia de restos vegetales. Se han citado en estaunidad depósitos de debris flows y slumps lutíticos,entre los que se intercalan capas tabulares de arenis-cas laminadas con estratificación fina-media y con-glomerados. La Formación Mao en general presentacaracterísticas sedimentarias propias de medios del-taicos progradantes desde el Sur, principalmente enzonas próximas a su desembocadura, en cuencas concreación continua del espacio de acomodación y altastasas de acumulación sedimentaria. En la cartografíarealizada la Formación Mao ocupa fundamentalmen-te el tercio central de la hoja, definiendo su represen-tación cartográfica una amplia banda de orientaciónNO-SE. En la hoja de Santiago (Urien, 2010) se hadividido la Formación Mao en tres subunidades quese han reconocido en la presente cartografía:Areniscas con intercalaciones de lutitas beige y argi-litas; Conglomerados y areniscas de grano medio ensecuencias deltaicas; Unidad de Palo Amarillo, consti-tuida por calizas con corales, brechas coralinas conintercalaciones de margas y cantos conglomeráticos,calizas bioclásticas, lumaquelas y conglomerado conmatriz carbonatada.

Cuaternarios recientes

Además de los depósitos que se describen a conti-nuación, durante el cuaternario más reciente se hadesarrollado una importante alteración de los mate-riales depositados previamente. Esta alteración, liga-da principalmente a las oscilaciones del nivel freáticoprovoca una oxidación de la materia orgánica y sul-furos contenidos en los sedimentos lutíticos, asícomo una disolución del cemento y los bioclastoscarbonatados, siendo reconocible por el cambio decoloración, de grisáceo más o menos oscuro a pardoamarillento. Esta alteración provoca una importantemodificación de las características litológicas y geo-

técnicas de los materiales, su máxima profundidad hasido representada en los cortes geológicos con unalínea roja discontinua. La profundidad de este niveloscila por lo general entre los 10 y 20 metros, pero enalgunos puntos puede alcanzar los 34 m y en otrospuntos, como el fondo de excavación de los caucesprincipales se sitúa en la superficie.

Abanico aluvial

Los afloramientos de abanicos aluviales se sitúan enel borde norte de la hoja, correspondiendo al piede-monte de la Cordillera Septentrional. Se interdigitancon la Unidad de Licey, constituyendo la parte proxi-mal de la misma. Están constituidos por depósitosconglomeráticos con cantos de naturaleza fundamen-talmente carbonatada y areniscas calcáreas proce-dentes de la Cordillera Septentrional.

Unidad de Licey

Ocupa aproximadamente un tercio de la superficiecartografiada, fundamentalmente en su mitad orien-tal. Morfológicamente se caracteriza por dar lugar auna llanura, con muy suave pendiente, dirigida casiuniformemente hacia el suroeste. La mayor parte desu superficie está ocupada por terrenos de cultivo,desarrollándose sobre ella suelos negros muy férti-les. Al norte se interdigita con la unidad de abanicosaluviales, y en superficie se dispone siempre sobre laformación Mao, si bien en sondeos se ha detectadosobre la Formación Gurabo y sobre las terrazasmedias, con las que parece interdigitarse. Los aflora-mientos, muy escasos, se ubican en las incisionesnaturales de los arroyos principales o en cimentacio-nes de edificios. La unidad presenta una fuerte ano-malía de potasio que permite su teledetección (Urien,2010). La litología que fundamentalmente constituyeesta unidad son arcillas pardas masivas (con un con-tenido de esmectitas de entre el 23 y el 50%, Urien,2010) que cuando son excavadas por los arroyos tie-nen fuertes pendientes que frecuentemente presen-tan deslizamientos. Generalmente están saturadas enagua hasta un metro por encima del nivel de drenaje.Entre estas arcillas se intercalan niveles, de hasta unmetro de potencia por lo general, de arcillas con are-nas de diversa granulometría, llegando a veces amicroconglomerados. Los cantos y granos estánsiempre flotando en la matriz arcillosa y nunca pre-sentan ningún tipo de ordenación.


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Conos de deyección

Son pequeños abanicos aluviales que se sitúan en ladesembocadura de pequeños arroyos. Los principa-les se sitúan en las proximidades del Yaque, sobresus terrazas bajas y corresponden a tres arroyos quehan quedado colgados por la excavación de la redactual. Su composición es arenosa-fangosa y lapotencia del depósito es muy escasa, probablementeno superando los dos metros de máxima. Otropequeño cono de este tipo se ha identificado por suexpresión topográfica al oeste de los Cerros deGurabo.

Terrazas medias-altas

Se ha agrupado en este epígrafe varios niveles deterrazas separados verticalmente del cauce actualcuya correlación por el momento resulta problemáti-ca. Así por ejemplo en la parte sur de la hoja se hanidentificado en la margen oriental del río Yaque tresniveles de terrazas, ninguno de los cuales es directa-mente correlacionable con los al menos dos nivelesque se pueden identificar inmediatamente al oeste dedicho río. La litología más característica son los con-glomerados de cantos rodados de tamaño variableflotantes en una matriz de arenas sueltas. La compo-sición de los cantos es fundamentalmente de rocasígneas y metamórficas procedentes de la cordilleracentral. Volumétricamente son más importantes lostramos de arenas y limos, aunque en superficie sue-len encontrarse muy recubiertos y los afloramientosson muy escasos. En las proximidades de Cerro Altohay afloramientos de estos niveles de limos con are-nas finas que contienen huellas de raices y gasteró-podos continentales. Presentan una estratificaciónondulante generada por procesos de licuefacción.

Terrazas bajas

Las terrazas aluviales bajas están en relación directacon la red hidrográfica actual o la llanura de inunda-ción. Sus afloramientos se sitúan en las proximidadesdel cauce del río Yaque. Estas terrazas están constitui-das por cantos de tamaño centimétrico y decimétrico,polimícticos, de rocas intrusivas, metamórficas y vol-cánicas procedentes directa o indirectamente de laCordillera Central. Ocasionalmente se encuentrancantos de calizas coralinas. La matriz de arenas grue-sas no está consolidada. Estas terrazas pueden serinundadas durante las grandes crecidas del Río Yaquecomo ocurrió durante la Tormenta Olga de diciembre

2007. En la actualidad el río Yaque circula encajado enestas terrazas, que llegan a una profundidad neta-mente mayor que la actual de excavación del cauce.

Llanura de inundación y canales abandonados

Las facies de llanura de inundación se concentran enlas orillas de las partes anchas del curso del Río Yaquedel Norte. Debido al régimen subtorrencial del río, losdepósitos están constituidos fundamentalmente porcantos redondos de tamaño centimétrico a métrico yson clasto-soportados con muy poca matriz arenosa.El mayor desarrollo de estos depósitos se concentraaguas abajo del centro de Santiago, donde el río, des-pués de dibujar un fuerte meandro, cambia la direc-ción Sur-Norte que tiene aguas arriba, a la Este-Oesteque mantiene hasta su desembocadura.

Aluviones de fondo de valle

Los aluviones de fondo de valle están presentes enlos principales arroyos, estando constituidos en gene-ral por depósitos de energía moderada, fundamental-mente fangosos y arenosos de colores pardos oscu-ros, con abundante materia orgánica y algunas lentesconglomeráticas. Su potencia es por lo general muyreducida, de poco más de un par de metros. Los alu-viones del río Yaque son de mayor energía y estánconstituidos por cantos redondeados de diámetromuy variable y con muy poca matriz arenosa ensuperficie. En la cartografía se han incluido con estosdepósitos las barras laterales y centrales del río, conmás participación de material arenoso.

Aluvial-Coluvial

Son depósitos que ocupan zonas de escaso relieve yparecen corresponder a un retrabajamiento de colu-viones y suelos por escorrentía superficial difusa.Tienen una potencia muy escasa, por lo generalmenor de un metro y están constituidos principal-mente por limos y arcillas con cantos dispersos y enlos que no se aprecia ningún tipo de ordenación.

Glacis aluvial

Estos depósitos ocupan planicies inclinadas en zonasde cabecera de valles en la esquina suroccidental dela hoja. Están constituidos fundamentalmente porlimos y arenas limosas con algunos horizontes de


gravas. También son frecuentes los niveles con abun-dantes gasterópodos. Presentan una laminaciónparalela bastante marcada por lo general, con algu-nos horizontes de bioturbación de raíces. Su depósi-to podría corresponder a una escorrentía superficialcon flujo laminar. Parecen rellenar fondos de valleposteriormente escavados por la red actual. Supotencia puede llegar a superar los 8 m. Su superficieestá ocupada por cultivos y se sitúan en zonas conmuy escasa probabilidad de desarrollo urbano.

Coluvión

Estos depósitos gravitacionales de ladera se sitúan apie de fuertes escarpes, situados fundamentalmenteen la Formación Gurabo y se componen de cantos dedicha unidad en una matriz de fangos resultante de ladescomposición de la misma. Tanto su potencia comosu distribución areal son muy reducidas.

Depósitos antrópicos

Tratándose el área cartografiada de un área urbanalos depósitos de origen antrópico son prácticamenteomnipresentes, y en la cartografía se han representa-do únicamente los de mayor volumen o importanciacara a la evaluación de riesgos. Se han representadodepósitos antrópicos de tres tipos; vertederos,escombreras y zahorras de apoyo de grandes cons-trucciones. Los vertederos de Rafey o de Cienfuegosson los más importantes de la comunidad urbana deSantiago. Son acumulaciones de basuras de origendoméstico o industrial, depositadas en las canterasabandonadas de las lutitas de la Formación Gurabo oterrazas medias del Río Yaque. Otros vertederos, demucha menos importancia volumétrica, pero signifi-cativos por estar parcialmente ocupados por vivien-das, se han cartografiado por distintas partes de laciudad, especialmente aquellos asentados sobre arci-llas de la Unidad de Licey con fuerte pendiente y des-nivel, y que sirven de asiento a un número elevado deviviendas. Se han cartografiado otros vertederos demenor importancia pero con área cartografiable,generalmente a orillas de arroyos, pero los vertede-ros de dimensiones inferiores a los 10 m cuadradosson sumamente numerosos. Se han cartografiadodos acumulaciones de escombros, una en el empla-zamiento del sondeo 10, próximo al campo de golf, yotra, especialmente significativa, en la parte occiden-tal de la Avenida Hatuey en el Barrio de La Rosa,sobre la que hay varias edificaciones afectadas porgrietas.

Detalles de las campañas de geología y de geotecnia

En concreto, se han empleado 214 sitios de observa-ción entre afloramientos, zanjas y obras, con una muybuena distribución espacial; 18 sondeos geomecáni-cos con recuperación continua de testigo (con pro-fundidades de entre 18 y 70 m; unos 640 m totales) y55 sondeos recopilados (con profundidades de entre2 y 27 m; unos 360 m totales). Como antecedentes deapoyo a esta tarea se contaba con los trabajos pre-vios del proyecto SYSMIN (Urien, 2010) a escala1/50.000, la cartografía 1/13.000 de Franco y Peña(2003), la recopilación de sondeos de Penson (1973) yotros documentos recopilados sobre el terreno de tra-bajos geotécnicos previos. Adicionalmente se realizóel mapa topográfico con callejero a escala 1/10.000 apartir de fotorrestitución de pares estereoscópicosaéreos verticales de la ciudad. De la campaña geotéc-nica se derivaron un total de 461 ensayos de labora-torio y 344 ensayos in situ. Los ensayos de laborato-rio han sido granulometrías (88), límites de Atterberg(88), contenido de humedad natural (83), clasificaciónde suelos (88), compresión uniaxial simple (21) y den-sidad (93). El tipo de ensayo in situ ha sido elStandard Penetration Test (SPT, 344) cada 1,5 m ó enprofundidades o dificultades locales singulares cada3m o menos. La campaña geofísica también aportóinformación relevante para la elaboración del mapageológico y geotécnico. Se hicieron 57 medidasSASW (Spectral Analysis of Surface Waves) y 150 H/V(ruido de fondo).

Los suelos de Santiago presentan un peso especí-fico de 1,79 a 1,14 gr/cm3 y una humedad natural del35 al 10%. En cuanto a los límites de Atterberg paralos casos estudiados, el límite líquido es el que másvariabilidad presenta, con un máximo de 66 y unmínimo de 10; mientras que el límite plástico se man-tiene bastante constante entre 17 y 25. El índice deplasticidad indica que predominan los materialesmuy plásticos, destacando algunas muestras convalores muy elevados (máximo IP = 43). Además,sobre el terreno se ha podido comprobar que algunosniveles son expansivos, especialmente las arcillas deLicey (en los sondeos 13 y 14 se han observado hin-chamientos superiores al 20% en algunos tramos;IGME, 2010).

Microzonificación sísmica

Las condiciones particulares de un lugar (naturaleza ypotencia de las formaciones superficiales, distanciaen relación a la fuente sísmica) pueden cambiar radi-calmente el potencial destructivo de un sismo, inclu-


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so en distancias muy cortas. De ese modo, en unamisma ciudad, es necesario esperar que los efectosde sitio induzcan de un barrio a otro, variacionesimportantes del movimiento vibratorio. Un estudio demicrozonificación sísmica consiste en cartografiar laszonas de respuesta sísmica homogénea y proponermovimientos sísmicos de referencia en cada una deestas zonas. Para ello se ha caracterizado el territoriomediante la realización de una campaña geofísicaapoyada por los datos geológicos y geotécnicos obte-nidos en las fases previas.

Columnas de suelo

Un análisis conjunto de los datos geológicos, geotéc-nicos y geofísicos, permite la caracterización de las

formaciones superficiales, y la determinación de losparámetros geomecánicos necesarios para los estu-dios de sitio litológicos. Este análisis nos permite con-siderar 10 zonas tipo para el estudio de los efectos desitio en la ciudad de Santiago de los Caballeros. Cadauna de las 10 zonas consideradas ha sido definida poruna o varias columnas de suelo representativas(Roullé et al., 2010).

Las columnas de suelo representativas del terrenose describen por la litología de los horizontes (suelosblandos, suelos rígidos) la estratigrafía (secuencia ypotencia) y las características geomecánicas de loshorizontes (en valores medios). La velocidad deondas P, la velocidad de ondas S, el peso específico ry las curvas de comportamiento dinámico del suelo(rigidez respecto a amortiguamiento respecto a ladeformación angular (g); G(g)/Gmax vs D(g)) son

Figura 5. Mapa de sondeos realizados (en verde, con nombre relacionado con el topónimo y número), sondeos recopilados (en marrón)y afloramientos observados (en amarillo y número en negro, las flechas indican afloramientos fuera del marco).Figure 5. Observations map: geotechnical survey sites in green with name including the place name and number; geotechnical survey sitescollected in brown colour; and observed outcrops in yellow and number in black. Arrows indicate outcrops outside the framework.


características dinámicas de los suelos, necesarias enla simulación del comportamiento de una columna desuelo bajo solicitación sísmica.

Cuando las profundidades del sustrato sísmicoson inciertas, se pueden calibrar con las medidas H/Vrealizadas sobre el terreno. El método de razon empí-rica H/V del ruido ambiental, o método Nakamura,permite evaluar la frecuencia de resonancia del suelo(Nakamura, 1989). Además de precisar los espesoresde las formaciones cartografiadas, otro método geo-físico SASW (Spectral Analysis of Surface Waves) per-mite definir puntualmente un perfil de velocidad de laonda de corte VS. De hecho, los espesores de las for-maciones geológicas y las velocidades de las ondasde cizallamiento constituyen dos parámetros indis-pensables para la simulación numérica de la respues-ta sísmica de columnas de suelo. Se han ejecutado un

total de 147 medidas puntuales H/V y 56 perfilesSASW en la zona de estudio.

Se ha simulado el comportamiento del suelosiguiendo un modelo lineal equivalente implementa-do en CyberQuake (Modaressi et al. 1997). En lassimulaciónes numéricas 1 D en CyberQuake se com-binan el espectro de amenaza en suelo firme, defini-do a partir del estudio de peligro sísmico probabilísti-co (Figura 4), y las columnas de suelo tipo definidasaquí.

Clases de efectos de sitio litológicos y espectros derespuesta asociados

Los espectros de respuesta específicos en cada zonafueron después representados en un único gráfico


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Figura 6. Mapa Geológico de Santiago de los Caballeros. Ver leyenda en Figura 7.Figure 6. Geological map of Santiago de los Caballeros. Legend in Figure 7.



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para evaluar su semejanza y efectuar los agrupa-mientos de zonas en caso de respuestas sísmicasequivalentes. Esto nos ha permitido definir para todala zona de estudio 7 clases de efectos de sitio litológi-cos donde las características de respuesta de los sue-los en el caso de sismo serían distintas. Persisten dossectores, las zonas n°6 y n°8, donde no se ha podidodefinir un espectro de respuesta elástica; en estaszonas, los resultados tomados de diferentes métodosson incoherentes el uno con el otro y revelan unafuerte heterogeneidad geométrica y litológica.

La zonificación de clases de suelos a efectos desitio litológicos y los espectros de respuesta elásticoscorrespondientes se pueden ver en la Figura 10, en laforma de un mapa de microzonificación sísmica aescala 1/25.000. Su lectura permite conocer en cada

punto de la ciudad, las zonas de respuesta sísmicahomogénea.

Los resultados indican que el conjunto del territo-rio de Santiago es susceptible de aumentar las ampli-ficaciones debidas a los efectos de sitio litológicos, endistintos grados y para periodos diferentes. Por ejem-plo la clase 0, al oeste de la ciudad, que correspondeprincipalmente a la formación Gurabo, manifestaríaefectos de sitio que pueden afectar más a los edificiosde una o dos plantas. Las terrazas a lo largo del RíoYaque (terrazas bajas y altas terrazas) muestran esca-sos efectos de sitio pero que podrían afectar princi-palmente a edificios con dos o cuatro plantas. Lasarcillas de la unidad Licey, de gran espesor, es proba-ble que amplifiquen las vibraciones sísmicas paraperíodos superiores y por tanto que afectan a edifi-cios más altos (de tres a nueve pisos). Ningún lugarde la ciudad puede ser asimilado a un sitio rocososegún la reglamentación sismorresistente nacional(MOPC, 2011).

Licuefacción de suelos

No existe una metodología general o consensuadapara realizar análisis de licuefacción de suelos, pueses un problema complejo. Youd y Perkins (1978) reali-zaron una clasificación de la susceptibilidad basadaen criterios geológicos, mientras que Wakamatsu(1992) incluía condiciones geomorfológicas y genéti-cas. Otros documentos de referencia de los que sepueden obtener recomendaciones son: Eurocode 8(1988); AFPS, (1993); TC4-ISSMGE, (1999); CDC-DMG,(1997); y el Chinese Building Code, (1974).

Las recomendaciones en estos documentos tratande evaluar tanto cualitativa como cuantitativamente,y de forma más o menos detallada, la peligrosidadasociada a la licuefacción. Los trabajos de Seed eIdriss (1971) y Youd e Idriss (1997) son las referenciascomunes a todos ellos.

Los factores principales que controlan la suscepti-bilidad a la licuefacción durante sacudidas sísmicasviolentas son: el tipo de depósitos (formación, edad,grado de cementación), las propiedades de los suelos(granulometría, porcentaje de poros, densidad relati-va, módulo de corte dinámico) y la profundidad de losacuíferos.

Los ambientes deposicionales de sedimentos con-trolan la distribución de tamaño de las partículas y, enparte, la densidad relativa y la distribución estructuralde partículas. Las características de tamaño de granode un suelo influyen en su susceptibilidad a la licue-facción. La arena fina tiende a ser más susceptibleque limos y gravas. Todo suelo sin cohesión, sin

Figura 7. Leyenda del mapa geológico.Figure 7. Geological map legend.


embargo, puede ser considerado potencialmentelíquido cuando la influencia de la distribución deltamaño de grano no se considera. En general, lossuelos cohesivos que contienen aproximadamentemás del 20% de arcilla pueden ser considerados nolicuefactables.

En general, se cree que las características delsuelo y los procesos que causan una susceptibilidad

menor a fenómenos de licuefacción también causanmayor resistencia de penetración. Por lo tanto, eva-luar la resistencia de penetración de una muestra desuelo en un sondeo, es un indicador útil de suscepti-bilidad a la licuefacción. En el trabajo se realizaronSPTs en suelos a razón de uno cada 1,5 metros hastalos 40m y por debajo uno cada 3 m.

Como conclusión se puede resumir que las zonas


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Figura 8. Cortes geológicos. Ver localización en la Figura 5 y leyenda en la Figura 9.Figure 8. Geological cross sections. Figure 5 shows their location and Figure 9 their legend.



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donde existen terrenos que son susceptibles a sufrirfenómenos de licuefacción corresponden a:

Zonas donde aparecen materiales granulares suel-tos y uniformes tales como depósitos fluviales, colu-viales y eólicos así como depósitos antrópicos.Comúnmente corresponden a sedimentos recientesPlio-cuaternarios, abanicos aluviales, depósitos deplaya y dunas y otros depósitos de semi-gravedad.

Zonas en las que la profundidad del nivel freáticoestá cerca de la superficie, marismas, puertos, anti-guos valles inundados y cauces actuales de los ríos.

Por otro lado, algunos estudios de paleo-licuefac-ción indican presencia de estructuras de licuefacciónasociados a terremotos antiguos a lo largo del valle

Figura 9. Leyenda de los cortes geológicos.Figure 9. Geological cross-sections legend.

Figura 10. Zonificación de las diferentes clases de efectos de sitio litológicos para la ciudad de Santiago de los Caballeros. Leyenda en laFigura 11.Figure 10. Site effects zonation of Santiago de los Caballeros. Legend in Figure 11.



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Figura 11. Leyenda del mapa de amplificación sísmica.Figure 11. Legend of the seismic amplification map.

Figura 12. Mapa de susceptibilidad a la licuefacción de Santiago de los Caballeros, República Dominicana.Figure 12. Map of the liquefaction susceptibility for Santiago de los Caballeros, Dominican Republic.



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del Cibao Oriental (Tuttle et al., 2003). El fenómeno delicuefacción ha sido observado en algunos materialesde la ciudad, y es por lo tanto plausible pensar que unfuturo terremoto pueda volver a inducir licuefacciónen materiales depositados más recientemente y pococompactados.

Atendiendo a todas estas premisas y de acuerdo alos datos de los que se dispone, el análisis de la sus-ceptibilidad cualitativa a la licuefacción permite dis-tinguir 3 niveles de susceptibilidad (alta, media y bajao nula). La susceptibilidad cualitativa así expresada,debe entenderse como una probabilidad relativa deque en una determinada región tenga lugar el fenó-meno respecto a otra adyacente. Las regiones ozonas, se agrupan por sus características geológicas,litológicas y geotécnicas considerando las recomen-daciones de las diversas fuentes citadas.

La clasificación de las unidades geológicas en fun-ción de su grado de susceptibilidad a la licuefacciónse puede ver en la Tabla 2 y su representación carto-gráfica en la Figura 12.

Se ha podido observar que la mayor parte de laciudad es poco susceptible al fenómeno. Las zonas demayor susceptibilidad se asocian con los numerososrellenos antrópicos y depósitos de fondo de barrancoen las márgenes de los afluentes del río Yaque delNorte y en las márgenes del propio Yaque del Norte.Muchos de los puntos identificados como de alta sus-ceptibilidad vienen a coincidir con asentamientosurbanos marginales, regiones que son ocupadas porinfra-viviendas, un aspecto que es importante teneren cuenta a la hora de planificar actuaciones futuras.

Conclusiones

Gracias a este trabajo se ha mejorado el conocimien-to de la geología superficial en la ciudad de Santiagode los Caballeros. Además, en caso de terremoto enla falla del norte, se ha podido observar que el papelde la geología es fundamental para entender los fenó-menos de amplificación de las vibraciones sísmicas,así como de la licuefacción del suelo. Concretamente,el periodo en el que se alcanza la mayor aceleracióndel suelo para los distintos materiales de Santiago delos Caballeros varía entre los 0,1 a 0,6 s, lo que repre-senta periodos en general mayores que en el caso deroca, con un máximo de amplificación sísmica x2 res-pecto a los valores en roca (o por efecto exclusivo dela atenuación por distancia). Esto viene a poner derelieve que la amplificación sísmica es muy significa-tiva en la ciudad, concentrándose los valores másaltos de aceleración en las zonas situadas más aloeste y al sur y a aquellas ligadas a los depósitos alu-viales (Belvaux et al., 2011). Es precisamente hacia elsector oeste hacia donde evoluciona la ciudad y losespectros de aceleración obtenidos por este trabajodeberían tenerse en cuenta a la hora de planificarnuevas edificaciones e infraestructuras.

Por último conviene incidir que en el centro histó-rico se ha observado mayor incertidumbre en lasmedidas geofísicas y por consiguiente en los resulta-dos de amplificación sísmica por efecto de sitio. Estamayor incertidumbre responde a una configuracióngeológica propia de abanicos coalescentes, con rápi-das transiciones de facies, añadido a una importante

Tabla 2. Clasificación de las unidades geológicas en función de su grado de susceptibilidad a la licuefacción. Table 2. Classification of the geological units based on their liquefaction susceptibility.

Unidad Susceptibilidad

Cordillera Septentrional Nula o baja

Fm. Gurabo Nula o baja

Fm. Mao Nula o baja

Conos de deyección Media

Terrazas medias-altas Media

Terrazas bajas Media

Llanura de inundación y canales abandonados Alta

Aluviones de fondo de valle Alta

Poligénicos de tipo aluvial-coluvial, glacis aluvial y coluvión Media

Abanicos aluviales y Unidad Licey Nula o baja

Antrópicos Alta


urbanización que dificulta la interpretación. En estazona (marcada como caso especial de zona 8, Figura10) sería conveniente realizar nuevos ensayos paraminimizar los efectos de incertidumbre mencionados.

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Recibido: abril 2015Revisado: julio 2015Aceptado: agosto 2015Publicado: septiembre 2017


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